[发明专利]背照式图像传感器及其制备

说明书

本发明提供了一种背照式图像传感器，所述背照式图像传感器包括感光器部分和电路部分，其中所述感光器部分包括：微透镜和滤光片，入射光子先通过微透镜再穿过滤光片进入到背照式图像传感器中；透明导电膜，其位于微透镜和滤光片之下，并且入射光子继续通过所述透明导电膜进入；以及第一衬底，其位于透明导电膜之下，并且用于捕捉和检测接收到的光子；其特征在于：在透明导电膜与第一衬底之间形成异质结。另外，本发明还涉及制造该类型的背照式图像传感器的方法。

技术领域

本发明涉及一种背照式结构的图像传感器。具体的，本发明涉及一种以异质结感光器为基础的背照式图像传感器及其制备方法。

背景技术

CMOS图像传感器正接过由CCD图像传感器主宰的图像传感器市场。为了使用有限尺寸的图像传感器达到高分辨率，CMOS图像传感器中每个像素的尺寸不断变小，这使感光面积在每个像素面积中的占比(填充因子)变得尤为重要。填充因子低意味着位于感光器上方的金属电路使部分光子在到达感光器之前被反射而流失，这大大影响了传统图像传感器的感光效率，因此高填充因子是高感光灵敏度所必须的。然而，要不断减小系统噪音，提升器件速度，每个像素中的电路需要越来越复杂，于是在高速、低噪音的CMOS图像传感器中，填充因子不可避免的会降低。因此，要实现高灵敏度的高速、低噪音CMOS图像传感器是非常困难的。

现有技术对填充因子的解决方案是背照式(BSI)图像传感器。在背照式图像传感器中，光从图像传感器的背侧(即感光器部分一侧)射入图像传感器，而像素中的电路在图像传感器的前侧。因此，感光器与像素电路在半导体表面的空间竞争得以避免。通常，背照式图像传感器从光入射侧开始依次包括感光器部分和电路部分，感光器部分依次可以包括微透镜、滤光片、透明导电层和第一衬底等部件，而电路部分可以包括例如层间绝缘层、互连层等基本部件。

例如美国专利号为US7,875,948B2的申请，光从图像传感器的背侧射入图像传感器先要通过感光器部分。在该美国专利中，介绍了一种背照式的图像传感器，包括：设置在第一基板中的光接收元件；设置在具有所述光接收元件的所述第一基板上的层间绝缘层；与所述光接收元件间隔开并且穿过所述层间绝缘层和所述第一基板的对准键；以多层结构设置在所述层间绝缘层上的多个互连层，其中最下面的互连层的背侧连接到所述对准键；覆盖所述互连层的前侧钝化层；设置在所述第一基板的所述背侧上的背侧钝化层；设置在所述背侧钝化层上并且连接到所述对准键的透明导电层；以及设置在所述透明导电层上以面对所述光接收元件的彩色滤光片和微透镜。其中，第一基板包括P型(第一导电类型)导电材料并且被掺杂有P型杂质离子，而光接收元件和源极和漏极都掺杂有N型(第二导电类型)，从而形成半导体PN结，该PN结使耗尽区(即高效光电载流子收集区域)处于图像传感器的前侧(即靠近图像传感器的电路部分一侧)。

但是，在这些例如美国专利号为US7,875,948B2的申请的背照式图像传感器中，感光器的“结”，多数为半导体PN结，仍然在图像传感器的前侧。大多数的可见光光子在半导体(硅)的前几微米被吸收，这意味着大多数的光子是在贴近图像传感器的背侧被吸收。在光子被吸收之后，产生载流子(光电效应)供器件收集。最高的载流子收集效率发生在“结”及与其临近的位置。因此，拥有最高的载流子收集效率的区域与最高的(或大多数)光子吸收及光电效应发生的区域在空间上是不重合的。因此，背照式图像传感器的总体光响应是没有最优化的。为了使光子吸收及多数光电效应发生的区域与高效载流子收集区域距离更近，背照式图像传感器被制作的非常薄，厚度多为从几微米到几十微米。实现超薄图像传感器的一种方法是从背侧使用化学方法，机械方法或化学与机械结合的方法刻蚀部分半导体(硅)衬底材料。这是非常精巧而复杂的工艺，经常会导致很低的生产良率和较高的生产难度和成本。另一种实现超薄图像传感器的方法是使用特殊的SOI(Silicon-On-Insulator)衬底，这种衬底比常规硅衬底昂贵很多。